Un equipo internacional de científicos, incluido el Dr. Luca Sapienza de la Universidad de Southampton, ha desarrollado una nueva técnica para encontrar puntos cuánticos.
Un punto cuántico debería producir uno y solo un fotón, el componente más pequeño de la luz, cada vez que recibe energía, y esta característica lo hace atractivo para su uso en diversas tecnologías cuánticas, como las comunicaciones seguras. Sin embargo, el truco esen encontrarlos.
Si bien aparecen al azar, para que los puntos sean útiles, deben ubicarse en una relación precisa con alguna otra estructura fotónica, ya sea una rejilla, un resonador o una guía de ondas, que permitirán el control de los fotones que el punto cuánticoSin embargo, encontrar los puntos cuánticos, que tienen solo unos 10 nanómetros de diámetro, no es poca cosa.
Ahora, los investigadores que trabajan en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST en los Estados Unidos, en colaboración con las universidades de Southampton Reino Unido y Rochester EE. UU., Han desarrollado una nueva técnica simple para localizarlos y la han utilizadopara crear fuentes de fotones individuales de alto rendimiento.
Este nuevo desarrollo, que se publica en Comunicaciones de la naturaleza , puede hacer que la fabricación de dispositivos fotónicos de alto rendimiento utilizando puntos cuánticos sea mucho más eficiente. Estos dispositivos generalmente se hacen en matrices regulares utilizando técnicas estándar de nanofabricación como la litografía de haz de electrones y el grabado de semiconductores. Sin embargo, debido a la distribución aleatoria de los puntos, solo un pequeño porcentaje de ellos se alineará correctamente, en la posición óptima dentro del dispositivo. Este proceso general produce muy pocos dispositivos de trabajo.
"Este es un primer paso para proporcionar información de ubicación precisa para la fabricación de dispositivos de puntos cuánticos de alto rendimiento", dice el físico del NIST Kartik Srinivasan. "Hasta ahora, el enfoque general ha sido estadístico: hacer muchos dispositivos y terminarcon una pequeña fracción que funciona, pero nuestra técnica de imagen basada en cámara busca mapear primero la ubicación de los puntos cuánticos, y luego usa ese conocimiento para construir dispositivos optimizados de control de luz en el lugar correcto ".
El Dr. Luca Sapienza, del grupo Quantum Light and Matter de la Universidad, dice: "Esta nueva técnica es una especie de giro en el flash de la cámara reductora de ojos rojos, donde el primer flash hace que las pupilas del sujeto se cierren y el segundo ilumina elescena."
En su configuración, en lugar del flash con xenón, el equipo usó dos LED. Un LED activa los puntos cuánticos cuando parpadea se podría decir que este LED le da a los puntos cuánticos ojos rojos. Al mismo tiempo, un segundo, diferenteEl flash LED de color ilumina las marcas de orientación metálicas colocadas en la superficie de la oblea de semiconductores en la que están incrustados los puntos. Luego, una cámara sensible toma una imagen de 100 micrómetros por 100 micrómetros.
Al hacer una referencia cruzada de los puntos brillantes con las marcas de orientación, los investigadores pueden determinar la ubicación de los puntos con una incertidumbre de menos de 30 nanómetros. Sus coordenadas en la mano, los científicos pueden decirle a la herramienta de litografía de haz de electrones controlada por computadora que coloquecualquier estructura que la aplicación requiera en su relación adecuada con los puntos cuánticos, lo que da como resultado muchos más dispositivos utilizables.
Utilizando esta técnica, los investigadores demostraron fuentes de fotones individuales basadas en rejillas en las que pudieron recolectar el 50 por ciento de los fotones emitidos por el punto cuántico, el límite teórico para este tipo de estructura.
También demostraron que más del 99 por ciento de la luz producida por su fuente salió como fotones individuales. Tal pureza se debe en parte al hecho de que la técnica de localización ayuda a los investigadores a examinar rápidamente la oblea 10,000 micrómetros cuadrados aun tiempo para encontrar regiones donde la densidad de puntos cuánticos es especialmente baja, solo alrededor de uno por 1,000 micrómetros cuadrados. Esto hace que sea mucho más probable que cada dispositivo de rejilla contenga un punto cuántico, y solo uno.
Este trabajo se realizó en parte en el Centro de Ciencia y Tecnología a Nanoescala CNST del NIST, una instalación nacional de usuarios disponible para investigadores de la industria, la academia y el gobierno.
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Materiales proporcionado por Universidad de Southampton . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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